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国立情報学研、計測誤差があるセンサーを使っても安全に動くように制御ソフトウェアを自動で変換する手法を開発

発表日:2021年05月26日

計測誤差があるセンサーを使っても安全に動くように制御ソフトウェアを自動で変換する手法を開発

~「誤差はないものとする」理想上の設計で現実を安全に~

情報・システム研究機構 国立情報学研究所(NII(エヌアイアイ)、所長:喜連川 優、東京都千代田区)のアーキテクチャ科学研究系特任研究員 小林 努(こばやし・つとむ)、同研究系准教授 蓮尾 一郎(はすお・いちろう)らの研究チームは、科学技術振興機構(JST(ジェイエスティー)、理事長:浜口 道成、東京都千代田区)の戦略的創造研究推進事業 ERATO(エラトー)蓮尾メタ数理システムデザインプロジェクト(*1)(ERATO MMSD、研究総括:NII アーキテクチャ科学研究系准教授・蓮尾 一郎)のもと、制御システムのセンサーに計測誤差があっても、安全に動くように制御ソフトウェアのモデルを自動で変換する手法を開発しました。この手法を使うと、ソフトウェアのモデルを自動変換するとともに、出力された制御ソフトウェアが耐えられる誤差の限界を示す数式を得ることができます。本手法は、自動運転をはじめとした外部環境とやり取りする様々な制御システムに対して活用でき、多様な利用環境や計測手段に対応するシステムへの応用が期待されます。

本研究成果は、第13回NASA フォーマルメソッド・シンポジウムで2021年5月26日(水)にオンライン発表されます。

【背景】

近年、活用が期待され、役割の重要性が増しているドローンや自動運転などの制御システムは、適切に動作し、事故を起さないよう高い安全性が求められます。高い安全性を実現するには、数学的な手法を使って、システムをモデル化し、安全性を証明する手法が有効です。

制御システムに含まれる制御ソフトウェアはセンサーで計測した制御対象の状態をもとに適切な動作を決定します。しかし、現実には真の値と異なる値が計測される(計測誤差がある)ため、計測値が真の値と等しい前提で決定された制御ソフトウェアの動作は安全性を損ないかねません。そのため、このような制御ソフトウェアを開発する際には、計測誤差を考慮して設計する必要があります。例えば、他の車の位置を計測する際に最大1m間違える可能性がある場合には、基本的に1mの安全マージンを持った動作をする制御ソフトウェアとする必要があります(図1左)。

しかし、センサーの計測誤差を考慮した、真に安全な制御ソフトウェアの設計はとても複雑になります。なぜなら、計測する対象それぞれについて真の値と計測値の両方を扱ったうえで、制御ソフトウェアのあらゆる動作において安全性が保証されると数学的に証明するには複雑さが伴うためです(図1右:課題1)。さらに、制御システムの計測にどのような誤差があり得るかを確実に知ることは、設計の段階(開発の早い段階)では困難です。例えば、計測誤差は制御システムが動作する環境(霧が出るか否かなど)によって異なります。そのため、はじめから計測誤差を具体的に見込んで制御ソフトウェアの設計に組み込むのではなく計測誤差がないことを前提に作り、その制御ソフトウェアが「どの程度の誤差に耐えられるか」を計算できると、制御システム全体を柔軟に設計できます。そうすれば、実際にシステムに搭載するセンサーを後から検討できるなどのメリットがあるからです。ところが、この「どの程度の誤差に耐えられるか」を表す数式を獲得することは難しい問題でした(図1右:課題2)。

※図1は添付の関連資料を参照

※以下は添付リリースを参照

リリース本文中の「関連資料」は、こちらのURLからご覧ください。

図1

https://release.nikkei.co.jp/attach/611082/01_202105261524.JPG

添付リリース

https://release.nikkei.co.jp/attach/611082/02_202105261524.pdf

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